單片鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池超過了單結(jié)太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率極限，但面臨操作穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)。

2025年11月20日，電子科技大學(xué)賈春陽、羅軍生、新加坡國立大魏明楊、So Min Park在Science在線發(fā)表題為“A cross-linked molecular contact for stable operation of perovskite/silicon tandem solar cells”的研究論文，該研究開發(fā)了一種用于鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池穩(wěn)定運(yùn)行的交聯(lián)分子接觸策略。

該研究發(fā)現(xiàn)填充因子減少是最先進(jìn)的串聯(lián)架構(gòu)中的一個(gè)關(guān)鍵性能損失模式。揭示了廣泛使用的空穴選擇性分子接觸，這提高了串聯(lián)電池的性能，經(jīng)歷了破壞電荷傳輸?shù)臒峤到?。在高溫下，由于熱誘導(dǎo)無序，常規(guī)單體接觸的電阻增加了約6倍。為了穩(wěn)定界面結(jié)構(gòu)，我們引入了基于席夫堿鍵的原位合成的交聯(lián)分子接觸。一平方厘米的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池實(shí)現(xiàn)了超過34%的功率轉(zhuǎn)換效率(33.61%的認(rèn)證)，三個(gè)獨(dú)立的設(shè)備在65°c的AM1.5G照明下經(jīng)過約1200小時(shí)的最大功率點(diǎn)操作后，保持了96.2±1.7%的初始性能。

單片串聯(lián)太陽能電池包括晶體硅(c-Si)底部電池和寬帶隙(wide~1.68 eV)鈣鈦礦頂電池以具有競爭力的成本克服了單結(jié)太陽能電池的肖克利-奎塞極限。鈣鈦礦/硅串聯(lián)的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率(PCEs)已經(jīng)達(dá)到34.6%，但是它們有限的運(yùn)行穩(wěn)定性帶來了持續(xù)的挑戰(zhàn)。例如，報(bào)告的最高PCE器件(PCE > 33%)在室溫下以最大功率點(diǎn)(MPP)運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)出性能下降。

WBG鈣鈦礦中的固有離子遷移和光誘導(dǎo)相分離被認(rèn)為是限制串聯(lián)電池穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。然而，幾個(gè)單結(jié)WBG鈣鈦礦太陽能電池(PSC)已經(jīng)證明了在高溫下有希望的運(yùn)行穩(wěn)定性，與最先進(jìn)的串聯(lián)裝置形成對比。這些改進(jìn)主要源于通過成分工程、添加劑結(jié)合和界面工程實(shí)現(xiàn)的鈣鈦礦膜中增強(qiáng)的整體和界面性質(zhì)。

熱老化降低了單體4PACz自組裝膜的電荷傳輸（圖源自Science）

在這項(xiàng)研究中，研究人員追蹤了在加速老化條件下最先進(jìn)的鈣鈦礦/Si串聯(lián)體的電流密度-電壓(J-V)特性，以闡明它們的降解機(jī)制。統(tǒng)計(jì)分析顯示，性能損失主要與FF退化相關(guān)，表明主要的運(yùn)輸退化。然后，測量了通過空穴選擇性自組裝膜的電荷傳輸，并觀察到與接觸失效相關(guān)的熱暴露時(shí)電導(dǎo)率的空間均勻下降。為了加強(qiáng)不穩(wěn)定的單體自組裝膜，利用席夫堿化學(xué)來證明由可交聯(lián)的結(jié)構(gòu)單元原位聚合接觸。這種方法最大限度地減少了空穴選擇性接觸的熱降解，提高了電性能，抑制了非輻射復(fù)合，最終使鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池能夠在65°c的高溫下穩(wěn)定工作。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ady6874